Souvent perçus comme des aspirateurs cosmiques, parfois méconnus, les trous noirs sont en réalité des objets d'une densité infinie, nés de la mort des étoiles les plus massives. Entre physique éprouvée et théories fascinantes sur les trous de ver, une première approche d'un phénomène qui défie nos lois du temps et de l'espace.
Ah ! Mon Dieu ! L'Univers est troué ! Enfin... pas littéralement ! C'est juste qu'il y a, en son sein, pas mal d'objets appelés "trous noirs". Mais que sont-ils vraiment ?
Un trou noir est un objet extrêmement massif de l’Univers. Sa masse peut parfois atteindre des milliards de fois celle du Soleil - qui est déjà de deux mille milliards de milliards de milliards de kilos, soit trois-cent-trente mille fois la masse de la Terre ! D’ailleurs, il est si massif qu’il attire tout ce qui passe à côté de lui. Avaler un Soleil ? Aucun problème pour lui. Mais en plus d’engloutir une quantité astronomique de matière, il peut aussi ingurgiter les rayonnements, comme la lumière. C’est-à-dire que même la lumière, qui est la chose la plus rapide de l'Univers - parcourant trois-cent mille kilomètres en une seule petite seconde -, ne peut pas lui échapper !
C’est assez drôle quand on y pense : on a l'impression qu'un trou noir n'est qu'un immense aspirateur, capable de tout engloutir - alors que pas du tout. Pourquoi ? Parce qu'un objet qui passe à côté de lui ne disparaît pas en un claquement de doigt par une simple "aspiration". En fait, il faut imaginer que c'est un peu comme une bille qu'on lancerait dans un bol : elle tourne tout autour du centre, puis finit par y tomber...
Et si vous faites l'expérience chez vous, vous remarquerez que sur la plupart des bols - les vieux, surtout -, il y a une sorte de cercle au fond, qui, une fois traversé par la bille, l'empêche de remonter. C'est la même chose pour les trous noirs : il y a une sorte de barrière qui décide si vous pouvez ou non partir. C’est ce qu’on appelle l’horizon des évènements. Il s’agit de la frontière du trou noir, de la sphère qui l'entoure. Si vous le traversez, il vous sera impossible de revenir en arrière - et les forces à l'intérieur seront si fortes que vous serez étiré dans tous les sens, et transformé en spaghetti ! Pas très rassurant, c'est vrai, mais toujours mieux que de voir le "fond" du trou noir : sa singularité.
Pour la comprendre, intéressons-nous à la naissance d'un trou noir. On peut, très grossièrement, distinguer trois types d'étoiles dans l'Univers : les massives, les très massives; et les très très massives. Les massives, comme notre Soleil, lorsqu'elles meurent, deviennent des naines blanches - qui sont des objets plus petits, mais très denses, et surtout très chauds. Les très massives, quant à elles, se transforment, après leur mort, en étoiles à neutron - lesquels sont très denses, très massives, et comme de gros aimants ! Et puis, il y a les très très massives, celles-qui finissent par devenir des trous noirs. Comment ? En explosant. Une grande partie de la matière de l'étoile est évidemment expulsée, mais son cœur, lui, se concentre et devient de plus en plus dense - jusqu'à donner un trou noir.
Mais cela ne nous dit toujours pas ce qu'est une singularité. Si les trous noirs étaient des huîtres, les singularités seraient leur perle. C'est le centre du trou noir, le point le plus mystérieux, le plus dense, celui où tout est si comprimé que même l'espace et le temps s'annulent ! Enfin, ce n'est pas qu'ils s'annulent : nos équations cessent simplement de fonctionner...
© DRhttps://observatoiredeparis.psl.eu/les-formes-de-l-espace-du.html
Hélas ! Que ce serait frustrant de s'arrêter sur un simple mystère ! C'est pourquoi il existe de nombreuses théories concernant la singularité. La première d'entre-elles est la "théorie des trous de ver". Pour se la représenter, on peut imaginer une simple feuille de papier. À cette feuille, nous allons rajouter, à chaque extrémité, un point A et un point B. Pour aller du point A au point B, on peut aller tout droit jusqu’à atteindre le second point - c'est, pour nous, le plus rapide. Mais y a-t-il un chemin plus rapide encore ? La question peut paraître absurde en deux dimensions, mais certainement pas en trois : il suffit simplement de plier la feuille. Pourquoi ?Parce que A et B se superposent désormais, et on obtient un raccourci entre les deux. Un trou de ver, ce n'est rien de plus que cela : un pont entre deux points de l'espace et du temps.
Certains considèrent donc la singularité d'un trou noir comme l'entrée d'un trou de ver. Mais il lui faut maintenant une sortie. C'est là qu'intervient une seconde théorie : celle des "trous blancs". Pour les comprendre, il suffit de se réferer à leur nom : ils sont l'exact opposé des trous noirs. Rien ne peut y entrer - seulement en sortir. Pas besoin d'en dire plus, finalement. La boucle est bouclée : on a l'entrée du pont, le chemin et la sortie !
Aujourd'hui, même si l'existence des trous de ver et des trous blancs n'est encore qu'une théorie, ils continuent de fasciner les scientifiques et autres amateurs de la science - nous laissant le droit d'imaginer des histoires et des possibilités encore plus folles !
Par Quentin Lesage.
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